科大实现千公里量子密钥分发

中国科学院(CAS)中国科学技术大学(USTC)的科学家及其团队实现了 1,002 公里距离的点对点长距离量子密钥分发(QKD)来自清华大学、济南量子技术研究所和中国科学院上海微系统与信息技术研究所 (SIMIT) 的合作者。这一里程碑不仅刷新了非中继QKD的世界纪录，也为高速城际量子通信提供了解决方案。结果发表在 5 月 25 日的《物理评论快报》 上。

QKD 基于量子力学原理，可在两个远程方之间实现安全密钥分发。当与“一次一密”加密方法相结合时，它可以为机密通信实现最高级别的安全性。然而，QKD的距离受到信道损耗和系统噪声等因素的限制。

在实验中演示了使用发送或不发送 (SNS) 协议的双场 QKD (TF-QKD)，将密钥速率与信道传输率之间的关系从线性 η 改进为其平方根 η。因此，它可以实现比传统 QKD 协议更长的安全距离。

为实现长距离QKD，研究团队与长飞光纤光缆股份有限公司(长飞)合作，采用基于纯石英芯技术的超低损耗光纤，实现了0.16 dB/km的最大衰减。SIMIT 开发了超低噪声超导单光子探测器。通过在 40 K 和 2.2 K 的温度下实施多个滤波器来抑制热辐射引起的暗计数，单光子探测器的噪声降低到 0.02 cps 左右。此外，该团队还开发了一种双波段相位估计方案来避免自发拉曼散射噪声，将系统噪声降至 0.01 Hz 以下。

基于上述技术进展，该团队实现了创纪录的1002公里距离的TF-QKD，关键速率为0.0034 bps。这项工作不仅验证了 SNS-TF-QKD 方案在极远距离的可行性，而且证明了该协议可以在许多实际场景中实现高密钥率。

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